KR100935797B1

KR100935797B1 - 상자소둔 열처리 공정을 포함하는 냉간압연강판 제조공정에있어서 스트립간의 흡착 발생 저감 방법

Info

Publication number: KR100935797B1
Application number: KR1020080031969A
Authority: KR
Inventors: 박근웅; 문만빈; 나상묵; 남궁성
Original assignee: 현대하이스코 주식회사
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2010-01-06
Also published as: KR20090106687A

Abstract

본 발명은 열간압연강판을 공급받아 냉연강판을 제조하는 제조공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상자 소둔 열처리 과정에서 발생하는 흡착으로 인한 불량 발생을 감소시키기 위한 냉간압연강판 제조공법에 있어서 산세압연공정에서의 제품의 표면조도 제어를 통한 흡착 발생 저감 방법에 관한 것이다.

본 발명은 열연강판 코일을 공급받아, 산세압연공정, 전해청정공정, 상자소둔열처리공정, 조질압연공정, 정정공정을 순차적으로 거쳐 최종생산제품의 두께가 0.5~2.0mm 범위의 박판 냉간압연강판을 제조하는 방법에 있어서, 상자소둔열처리공정에서 발생하는 스트립간의 흡착현상을 감소시키기 위하여, 산세압연공정에서 압연롤의 표면조도를 상향하여 산세압연공정을 거친 스트립의 표면조도(Ra)가 1.15~1.40㎛ 되도록 하는 것을 특징으로 하는 스트립간의 흡착 발생 저감 방법을 제공한다.

냉간압연강판, 흡착, 표면조도

Description

상자소둔 열처리 공정을 포함하는 냉간압연강판 제조공정에 있어서 스트립간의 흡착 발생 저감 방법 {Sticking defect reduction method of cold rolling}

본 발명은 열간압연강판을 공급받아 냉연강판을 제조하는 냉연강판 제조공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상자 소둔 열처리 과정에서 발생하는 흡착현상을 감소시키기 위한 표면조도 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 냉연 강판의 최종품질은 일반 냉연강판에 비하여 매우 엄격하게 요구되고 있다. 본 발명은 상자소둔 열처리 과정에서 코일 스트립간의 흡착현상으로 발생하는 표면불량을 감소시키기 위한 것이다.

냉연강판제조공정에서 발생하는 흡착(sticker 또는 sticking defect)이란 상자소둔 열처리공정(BAF, Batch Annealing Furnace)에서 스트립(strip) 표면에 접촉 열응력이 발생하여 스트립 표면이 서로 엉켜 붙는 현상(sticking break)을 의미하는 것으로 표면 품질의 불량을 야기시킨다.

도 1은 스트립간의 접촉 열응력 발생 과정을 나타내 도면이다.

상자소둔 열처리 공정 중 가열단계에서는 스트립의 급격한 가열팽창 작용이 발생하고, 냉각단계에서는 스트립의 냉각수축 작용으로 스트립 표면간의 온도구배가 발생하고, 이에 따른 접촉 열응력(Thermal stress) 작용으로 스트립 상호간이 접합되어 표면 결함이 발생하게 되는 것이다.

도 1을 참조하면, 상자소둔 열처리 공정은 코일로 권취된 상태에서 진행되는 것이므로, 스트립이 서로 근접한 상태에서 가열과 냉각을 거치게 된다.

이상적인 냉각곡선(ideal cooling curve)과 같이 냉각이 진행된다면 흡착이 발생하지 않겠지만, 실제 냉각곡선(actual cooling curve)과 같이 냉각이 진행되기 때문에 스트립 상호간에 흡착이 발생하게 되는 것이다.

종래에 열응력을 감소시키기 위한 방법으로는 냉각속도나 가열속도를 감소시켜서 온도구배를 줄이는 방식이 제안되었으나, 냉각속도나 가열속도를 지연시키면 열처리 공정에 소요되는 시간이 증가하게 되어 흡착 불량의 발생을 저감시킬 수는 있으나 전체적인 생산성이 저하되는 문제점을 가지고 있었다.

도 2는 흡착으로 인한 표면 손상이 발생한 강판을 도시한 도면이고, 도 3 및 도 4는 흡착으로 인한 표면 손상이 발생한 강판 표면을 2000배로 확대 촬영한 SEM 사진이다.

흡착으로 인한 표면 손상은 1.0mm 이하의 박판일수록 발생 빈도가 높으며, 발생되는 표면손상의 형태는 주름상, 모란화상의 두 가지 종류가 있으며, 주로 도시한 바와 같은 주름상이 많으며, 곡선 형태로 발생한다. 이러한 흡착으로 인한 표면 손상은 촉감으로 감지할 수 있다.

본 발명의 목적은 상자소둔 열처리 과정에서 발생하는 코일 스트립간의 표면 흡착을 방지할 수 있는 냉간압연강판 제조공정에 있어서 흡착 발생 저감 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 산세압연공정에서 압연롤의 표면조도를 상향하여 제품의 표면조도를 종전보다 거칠게 함으로써 흡착 불량 발생을 감소시키는 냉간압연강판 제조공정에 있어서 흡착 발생 저감 방법을 제공함에 있다.

본 발명은 열연강판으로부터 냉연강판을 제조하는 방법에 있어서, 열연강판 스트립을 산세 처리한 후 냉간 압연하고, 스트립의 표면에 부착되어 있는 불순물을 전해청정공정을 거쳐 제거한 후 다시 코일상태로 권취하고, 권취된 코일을 가열속도 48~52℃/hr 범위, 냉각속도는 23~27℃/hr 범위에서 상자소둔열처리 공정을 거치도록 하며, 최종제품인 냉연강판의 두께가 0.5 ~ 2.0 mm 범위인 경우에는 상기 냉간 압연시에 스트립의 평균 표면조도(Ra)가 1.15 ~ 1.40 ㎛ 가 되도록 함으로써 상자소둔열처리 공정에서 스트립간의 흡착 발생 비율을 감소시키는 것을 특징으로 하는 상자소둔 열처리 공정을 포함하는 냉간압연강판 제조공정에 있어서 스트립간의 흡착 발생 저감 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 흡착 발생 저감 방법을 사용하면 열처리 속도를 감소시키기 않고 흡착 발생을 감소시킬 수 있으므로, 생산성을 유지하면서 불량 발생율 만을 감소시킬 수 있는 효과를 가져온다.

스트립 표면 조도를 상향 조정함으로써, 흡착으로 인한 불량 발생율을 종래의 0.6% 내외에서 0.25% 이하로 감소시킬 수 있는 효과를 가져온다. 이러한 불량 발생율의 감소는 1000톤을 기준으로 할 때 3.5톤 이상의 불량을 감소시킬 수 있는 것으로 그에 따른 원가 절감 효과를 가져온다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 상자소둔 열처리 공정을 포함하는 냉간압연강판 제조공정에 있어서 스트립간의 흡착 발생 저감 방법을 살펴본다.

도 5는 본 발명이 적용되는 냉연강판 제조공정의 설비들을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

냉연강판 제조공정은 산세공정, 냉간압연공정, 전해청정공정, 상자소둔열처리공정, 조질압연공정, 정정공정으로 이루어지는데, 산세공정과 냉간압연공정은 하나의 설비에서 연속적으로 이루어지고, 나머지 공정들은 각각의 설비에 의하여 이루어진다.

냉연강판 제조공정을 각각의 설비 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 냉연강판 제조설비는 산세압연설비(10)와, 전해청정설비(20)와, 상자소둔설비(30)와, 조질압연설비(40)와, 정정설비(50)로 구성된다. 각각의 설비의 입구측에서는 권취된 코일을 풀고 출구측에서는 다시 코일상태로 권취하게 된다. 다만, 상자소둔설비(30)는 귄취된 코일 상태에서 열처리가 이루어진다.

흡착 불량은 완제품 두께가 0.5~2.0mm 범위의 박판에서 많이 발생한다.

두께 0.5~2.0mm 의 강판의 제조는 두께 2.5~4.0mm 의 열연강판이 상술한 바와 같은 공정과 설비를 거쳐서 제조된다.

이하 각각의 설비에서 이루어지는 공정에 관해서 살펴본다.

산세압연설비(10)에서는 산세공정과 냉간압연 공정이 연속적으로 이루어진다. 열연강판코일(11)을 입구측에서 풀어서 연속적으로 산세처리와 냉간압연을 시행하여 출구측에서 냉연강판코일(12)로 권취하게 된다. 열연강판코일(11)은 통상 800℃ 이상의 고온에서 마무리 압연되어 그 표면에 다량의 스케일(산화철)이 발생하게 되므로, 염산 또는 황산을 이용하여 산세처리한 후, 연속적으로 상온에서 냉간압연하여 원하는 두께로 만들게 된다.

전해청정설비(20)는 냉간압연 후 강판 표면에 붙어있는 압연유와 철분 등의 오염물을 제거하기 위하여 알칼리탈지 처리하는 설비로, 입구측에서 코일을 풀어서 연속적으로 상기의 과정들을 거친 후, 출구측에서 다시 코일을 권취한다.

상자소둔설비(30)는 전해청정설비(20)의 출구측에서 권취된 코일을 수납하여 소둔열처리를 시행하는 것으로, 소둔 베이스(Annealing base), 보온커버(Inner cover), 가열장치(Heating hood), 냉각장치(Cooling hood)로 구성되며, 소둔 베이스에 냉연코일을 적재하여 가열 및 냉각 등의 열처리 과정을 수행한다.

상자소둔설비에서 처리하는 열처리 공정은 크게 가열(Heating), 유지(Soaking), 냉각(Cooling)으로 구분하는데 처리하는 량 및 강종에 따른 각 공정별 처리조건(온도,시간)은 다르게 취급한다. 가열은 10시간에서 20시간의 범위 내에서 이뤄지고 가열속도로 환산하면 45~60℃/hr 범위이다. 유지온도 및 시간은 강종 및 재질에 따라 관리되는데 유지온도는 재결정온도(450℃) 이상에서 이뤄지며 시간은 최소 10시간 이상은 필요하다. 냉각은 서서히 진행시키는데 열응력을 최소화 시키기 위하여 노냉을 일정시간 행한 후 강냉(냉각 팬 및 냉각수 사용)을 실시하는데 시간은 20시간 이상 소요되며, 이를 냉각속도 환산하면 25~40℃/hr 범위이다.

상자소둔열처리 공정을 수행함에 있어서 흡착현상을 최소화 하기 위하여 연속산세압연공정에서 제품 표면조도를 1.15 ~ 1.40㎛범위로 한정하고, 상자소둔 가열속도를 48~52℃/hr 범위로 제한하고, 냉각속도는 23~27℃/hr 범위로 한정하여 공정을 진행한다.

조질압연설비(40)는 소둔 완료된 코일을 통상 1%의 압하율로 압연하여 항복점 연신제거와 최종 제품의 표면조도를 부여하고 형상 및 기계적 성질을 개선한다.

정정설비(50)는 조질압연한 코일을 수요자의 요구 조건에 부합되게 단중, 폭, 도유 및 표면 검사를 시행한다.

도 6은 각각의 공정에서 흡착을 유발시키는 인자들을 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 산세압연공정(PL/TCM)에서는 판형상, 권취장력, 귄취불량, 스트립조도가 흡착 발생과 관련 있으며, 조질압연 및 정정공정(SPM/RCL)에서는 냉각장 대기시간이나 라인 스피드(line speed)가 흡착 발생에 영향을 미치게 된다.

그리고, 전해청정공정(ECL)에서는 탈지제의 성분과 테이퍼 장력(taper tension)이 흡착 발생에 영향을 미치고, 상사소둔열처리공정(BAF)에서는 승온속도, 노냉종료온도, 가열온도 및 시간, 급냉 시작 온도 및 속도, 스택 편성이 흡착 발생에 영향을 미치게 된다.

각각의 공정에서 이러한 다양한 요소들이 흡착 불량과 발생과 관련이 있으나, 본 발명은 상자소둔열처리 공정을 거치게 되는 스트립의 표면 조도를 상향하여 흡착 불량 발생을 감소시키는 방법을 제공한다. 이 때 상자소둔열처리 공정을 거치는 스트립의 표면조도는 산세압연공정에서 결정된다.

스트립의 표면 조도는 산세압연공정에서 냉간압연시의 압하율 조절 및 압연롤 표면조도에 의해서 결정되는 것으로, 다른 인자들에 비하여 생산성이나 생산비용의 측면에 영향을 주지 않으며 기타의 품질문제 등도 유발하지 않는다.

종래에는 스트립의 평균 표면조도(Ra)를 0.85 ㎛ 로 제어하고 있었으나, 본원 발명의 경우 압연롤의 표면조도를 상향하여 최종 제품의 표면조도(Ra)를 증가시켜 1.15~1.40 ㎛ 로 제어하는 것이 바람직하다.

보다 상세하게 완제품 강판의 두께 별 평균 표면조도(Ra)의 범위를 살펴보면, 0.5~1.0mm 두께 범위의 강판의 제조시에는 평균 표면조도(Ra)를 1.15~1.30 ㎛ 범위로 제어하고, 1.0~1.5 mm 두께 범위의 강판의 제조시에는 평균 표면조도(Ra)를 1.25~1.35 ㎛ 범위로 제어하고, 1.5~2.0mm 두께 범위의 강판의 제조시에는 평균 표면조도(Ra)를 1.30~1.40 ㎛ 범위로 제어하는 것이 바람직하다.

평균 표면조도(Ra)의 제어는 도 5에서 설명한 산세압연설비(10) 중 압연롤의표면조도와 압하율 제어에 의하여 이루어진다.

이하에서는 대표적인 몇가지 두께에 따른 스트립 표면조도와 흡착 불량 발생의 관계를 실험예와 비교예를 통하여 살펴본다.

비교예는 개선전 종래의 공정 조건을 나타낸 것이고, 실시예는 본 발명에 따른 개선후의 공정조건을 나타낸다.

비교예 1과 실시예 1을 살펴보면, 두께 0.5mm 강판의 경우 스트립의 평균 표면조도(Ra)를 종래의 0.85 ㎛ 에서 1.20 ㎛ 로 상향한 경우, 상자소둔열처리 공정을 거쳐 최종 생산제품에서의 불량발생 비율이 0.6% 에서 0.24 % 로 감소한 것을 알 수 있다.

여기서 불량발생비율은 하나의 코일 전체에서 흡착 불량이 발생한 비율을 의한다. 예를 들언 코일의 총 중량이 10000 kg 인 경우에, 종래의 방법을 사용할 경우 코일 하나당 불량이 60kg 발생하는 것이고, 본원 발명의 방법을 사용할 경우에는 불량이 24kg 발생하는 것이다.

비교예 2 와 실시예 2 을 살펴보면, 두께 1.0mm 강판의 경우 스트립의 평균 표면조도(Ra)를 종래의 0.95 ㎛ 에서 1.30 ㎛ 로 상향한 경우, 상자소둔열처리 공정을 거쳐 최종 생산제품에서의 불량발생 비율이 0.55% 에서 0.26 % 로 감소한 것을 알 수 있다.

비교예 3 과 실시예 3 을 살펴보면, 두께 2.0mm 강판의 경우 스트립의 평균 표면조도(Ra)를 종래의 0.97 ㎛ 에서 1.35 ㎛ 로 상향한 경우, 상자소둔열처리 공정을 거쳐 최종 생산제품에서의 불량발생 비율이 0.58% 에서 0.25 % 로 감소한 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 산세압연공정을 거친 스트립의 평균 표면조도(Ra) 범위를 상향함으로써, 상자소둔열처리 공정의 가열속도나 냉각속도에 변화를 주지 않고도 흡착 불량의 발생 비율을 현저하게 감소시킬 수 있다.

도 1은 스트립간의 접촉 열응력 발생 과정을 나타내 도면

도 2는 흡착으로 인한 표면 손상이 발생한 강판을 도시한 도면,

도 3 및 도 4는 흡착으로 인한 표면 손상이 발생한 강판 표면을 2000배로 확대 촬영한 SEM 사진,

도 5는 본 발명이 적용되는 냉연강판 제조공정의 설비들을 개략적으로 나타낸 단면도,

도 6은 각각의 공정에서 흡착을 유발시키는 인자들을 나타낸 도면임.

* 도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명 *

10 : 산세압연설비

20 : 전해청정설비

30 : 상자소둔설비

40 : 조질압연설비

50 : 정정설비

Claims

열연강판으로부터 냉연강판을 제조하는 방법에 있어서, 열연강판 스트립을 산세 처리한 후 냉간 압연하고, 스트립의 표면에 부착되어 있는 불순물을 전해청정공정을 거쳐 제거한 후 다시 코일상태로 권취하고, 권취된 코일을 가열속도 48~52℃/hr 범위, 냉각속도는 23~27℃/hr 범위에서 상자소둔열처리 공정을 거치도록 하며, 최종제품인 냉연강판의 두께가 0.5 ~ 2.0 mm 범위인 경우에는 상기 냉간 압연시에 스트립의 평균 표면조도(Ra)가 1.15 ~ 1.40 ㎛ 가 되도록 함으로써 상자소둔열처리 공정에서 스트립 간의 흡착 발생 비율을 감소시키는 것을 특징으로 하는 상자소둔 열처리 공정을 포함하는 냉간압연강판 제조공정에 있어서 스트립간의 흡착 발생 저감 방법.
제 1 항에 있어서,

두께가 0.5 ~ 1.0 mm 범위인 경우, 평균 표면조도(Ra)는 1.15 ~ 1.30 ㎛ 범위가되도록 하는 것을 특징으로 하는 상자소둔 열처리 공정을 포함하는 냉간압연강판 제조공정에 있어서 스트립간의 흡착 발생 저감 방법.
제 1 항에 있어서,

두께가 1.0 ~ 1.5 mm 범위인 경우, 평균 표면조도(Ra)는 1.25 ~ 1.35 ㎛ 범위가되도록 하는 것을 특징으로 하는 상자소둔 열처리 공정을 포함하는 냉간압연강판 제조공정에 있어서 스트립간의 흡착 발생 저감 방법.
제 1 항에 있어서,

두께가 1.5 ~ 2.0 mm 범위인 경우, 평균 표면조도(Ra)는 1.30 ~ 1.40 ㎛ 범위가되도록 하는 것을 특징으로 하는 상자소둔 열처리 공정을 포함하는 냉간압연강판 제조공정에 있어서 스트립간의 흡착 발생 저감 방법.